1. Ферменти визначення властивості ферментів як біологічних каталізаторів
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
6. Вітамін В (піридоксин): будова, біологічні властивості, механізм дії. Вітамін В (піридоксин, антидерматитний). Піридоксол має спиртову групу, піридоксаль містить альдегідну групу, а піридоксамін — амінометильну. Вітамін В у великій кількості міститься в продуктах рослинного і тваринного походження. Для людини джерелом вітаміну В є кишкові бактерії, а також хліб, горох, квасоля, картопля, мясо, печінка, нирки й ін.; менше йогов капусті й моркві. Добова потреба у вітаміні В для дорослої людини складає в середньому 2-3 мг. Всмоктується вітамін у тонкій кишці простою дифузією. З ентероцитів він потрапляє в крова звідси переноситься до різних тканин, де під впливом специфічних кіназ піридоксаль і піридоксамін фосфорилюються і перетворюються в піридоксальфосфат та піридоксамінфосфат. Біологічна роль вітаміну В повязана з коферментами (піридоксальфосфатом та піридоксамінфосфатом), які знаходяться в усіх клітинах організму. З участю вітаміну В у складі коферменту піридоксальфосфату відбуваються реакції трансамінування амінокислот та окиснення біогенних амінів, декарбоксилювання амінокислот та їх ізомеризація, синтез нікотинаміду з триптофану, біосинтез гему, гамма-аміномасляної кислоти й ін. Піридоксальфосфат входить до складу майже всіх класів ферментів. Звідси зрозуміло, що при нестачі вітаміну В 6 можуть спостерігатися численні порушення обміну речовин, зокрема амінокислот. 7. Вітамін В (кобаламін): біологічні властивості, механізм дії. Вітамін В — один із найскладніших за структурою вітамінів. Молекула його складається із двох частин: хромофорної (тетрапірольна сполука, подібна до гему, так зване коринове ядро, що містить кобальт) і нуклеотидної. Пірольні кільця містять як замінники різні радикали — метильні, ацетамідні (СН 3 СОН, пропіонамідні (СН 3 С СОН. Атом кобальту зв'язаний із чотирма азотами пірольних кілець. Під час виділення вітаміну одержують ще і ціановий радикал (Сале це артефакт виділення. Нуклеотидна частина представлена 5,6-диметил-бензімід-азолрибонуклеотидом. Вітамін Вне синтезується ні в рослинах, ні в тваринних організмах. Його здатні утворювати тільки мікроорганізми. Основним джерелом вітаміну В для людини є продукти тваринного походження — печінка, нирки, серце, мясо та ін. Частково він синтезується мікрофлорою кишечника за умов надходження з їжею кобальту. Добова потреба у вітаміні В для дорослої людини складає 2,5-5 мкг. Всмоктування кобаламіну відбувається в тонкій кишці. Але для цього необхідний так званий внутрішній фактор Кастла, що утворюється в обкладкових клітинах шлунка. За своєю природою він являє собою глікопротеїн, який має здатність вибірково зв'язуватись з вітаміном В. Комплекс вітамін В — внутрішній фактор заноситься в кишечник, тут відбувається приєднання його до специфічних рецепторів мембран ентероцитів, перенесення через мембрану і всмоктування. Встановлено, що кофермент метилкобаламін входить до складу ферменту, який переносить метильну групу 5-метилтетрагідрофолієвої кислоти на гомоцистеїн з утворенням метіоніну. Таким чином, вітамін В функціонально тісно пов'язаний із фолієвою кислотою. Разом з нею він сприяє синтезу метіоніну, утворенню креатину, пуринових і піримідинових основ, амінокислот, білків, нуклеїнових кислот і ін. Кофермент дезоксиаденозилкобаламін у складі ферменту метилмалоніл КоА-мутази перетворює метилмалоніл-КоА в сукциніл-КоА. Ця реакція має місце в завершальній стадії окиснення жирних кислот з непарною кількістю вуглецевих атомів у циклі Кребса, окисненні бокового ланцюга холестерину, тиміну, амінокислот (метіонін, ізолейцин, треонін, валін). Встановлено, що кобаламін сприяє депонуванню та утворенню коферментних форм фолієвої кислоти і за рахунок цього бере участь в синтезі ДНК і проліферації кровотворних клітин. Гіповітаміноз В виникає найчастіше як ускладнення гастриту, зокрема при гіпо- або анацидних гастритах, після оперативного видалення шлунка чи частини його, де виробляється внутрішній фактор. Тому вітамін Вне всмоктується, він виводиться з калом і як наслідок розвивається злоякісна анемія Адісона-Бірмера, або мегалобластична. Порушення кровотворення при цьому гіповітамінозі аналогічні тим, що мали місце у хворих з дефіцитом фолієвої кислоти. Але при нестачі кобаламіну спостерігається підвищення виділення з сечею метилмалонової кислоти, яка не засвоюється; можливі також ураження задніх і бокових стовпів спинного мозку (фунікулярний мієлоз). 12. Вітамін Вс (фолієва кислота біологічні властивості, механізм дії. Вітамін В (фолієва кислота, фоліацин, антианемічний). За хімічною природою це птероїлглугамінова кислота. В основі її будови лежать залишки циклічної сполуки птерину, параамінобензойної та глутамінової кислот. Для дорослої людини добова потреба в цьому вітаміні складає 0,2-0,5 мг. Основним джерелом фолієвої кислоти для людини є рослинна і тваринна їжа. Багато її міститься в листках рослин, овочах, фруктах, а також у печінці там ясі. Додатковим джерелом фолієвої кислоти є і мікрофлора кишечника. Всмоктується фолієва кислота в тонкій кишці, де з неї утворюється тетрагідрофолієва кислота (ТГФК). Процес відбувається у дві стадії. Спочатку за допомогою ферменту фолатредуктази утворюється дигідрофолієва кислота (ДГФК), яка з участю іншого ферменту — дигідрофолатредуктази — відновлюєтьсяя до ТГФК. Після відновлення фолієвої кислоти в 5, 6, 7, 8 положеннях вона, перетворившись у ТГФК, набуває властивостей коферменту. У такій активній формі фолієва кислота бере участь в обміні одновуглецевих залишків: метильних — СН 3 , оксиметильних — СН 2 ОН, формільних — НСО та ін., які, приєднуючись до ТГФК, переносяться на різні сполуки. Саме тому ця кислота має відношення до біосинтезу азотистих основ нуклеїнових кислот, креатину, метіоніну, гліцину, серину й ін. Оскільки ці речовини є необхідним компонентом біосинтезу білків і нуклеїнових кислот, стає зрозумілим значне порушення обміну речовин, поділу клітин та зупинка росту організму при нестачі фолієвої кислоти. 9. Вітамін Н (біотин): біологічні властивості, механізм дії. Вітамін Н (біотин, антнсеборейннй). За хімічною природою вітамін Н являє собою сполуку, що складається із тіофену та імідазолу, до яких приєднана валеріанова кислота. Можна також розглядати біотин як сполуку, що утворилася в результаті конденсації сечовини із тіофенвалеріановою кислотою (2'-кето,3,4-імідазолідо-2-тетрагідротіофенвалеріанова кислота. Біотин є коферментом у реакціях приєднання СО (точніше, іонів гідрокарбонату). В "біотинових" ферментах молекула біотину приєднана до апоферменту амідним зв'язком із кінцевою NH 2 -групою лізину, що входить в активний центр ферменту. Коферментною формою біотину вважається N 5 -карбоксибіотин. Він входить до складу піруваткарбоксилази, ацетил-КоА-карбоксилази, пропіоніл-КоА-карбоксилази та інших ферментів. Отже, біотин має відношення до утворення щавлевооцтової кислоти, глюконеогенезу, утворення жирних кислот, окиснення пропіонової кислоти в циклі Кребса. 4. Вітамін В (пантотенова кислота біологічні властивості, механізм дії. Вітамін В (пантотенова кислота, антидерматитний). За хімічною структурою пантотенова кислота являє собою сполуку, утворену з масляної кислоти, яка в альфа- і гамма-положеннях містить ОН-групи, а в бета-положенні — дві СН3-групи, з'єднану амідним зв'язком із бета-аланіном Джерелом пантотенової кислоти для людини є кишкові мікроорганізми і продукти харчування. Найбільше її міститься в дріжджах, печінці, курячих яйцях, молоці, м'ясі, стручкових тощо. Добова потреба у вітаміні В для дорослої людини складає приблизно 10 мг. Біологічна функція пантотенової кислоти: вона входить до складу коферменту А (кофермент ацилювання). Кофермент А утворюється в результаті приєднання до СООН-групи бета-аланіну пантотенової кислоти залишку тіоетиламіну та залишку АДФ до гамма-ОН-групи масляної кислоти. Функціонально активною групою коензиму А (КоА) є кінцева сульфгідрильна група, яка може зазнавати ацилювання з утворенням ацил-КоА або знаходитися в деацильованому стані КоА-SH. Крім того, вітамін В входить до складу фосфопантотеїну, що є коферментом ацилпереносного білка синтетази жирних кислот.Таким чином, значення пантотенової кислоти пояснюється участю х коферментів у багатьох каталітичних процесах, зокрема таких, як окиснення жирних кислот, кетокислот, біосинтез жирних кислот, холестерину, стероїдних гормонів, кетонових тіл, ацетилхоліну. Саме за участь коферменту А в багатьох процесах обміну вуглеводів, жирів і білків його називають основним коферментом у клітинах. 8. Вітамін С (аскорбінова кислота будова, біологічні властивості, механізм дії. За хімічною структурою аскорбінова кислота (антицинготний фактор) являє собою лактон диенолгулонової кислоти, тобто в її складі містяться дві енольні групи біля го і го вуглецевих атомів. Аскорбінова кислота, як видно із формул, близька до гексоз, має 6 атомів вуглецю. За рахунок дисоціації х гідроксилів біля 2- і го вуглецевих атомів аскорбінова кислота проявляє сильнокислотні властивості. Втрачаючи два атоми водню, аскорбінова кислота переходить в дегідроаскорбінову, тобто може вступати в оксидно-відновні реакції, при яких буде віддавати або приєднувати від інших сполук атоми водню. Біологічну роль аскорбінової кислоти найчастіше пов'язують з участю в окисно-відновних процесах. Але ферментів, у яких кислота відігравала б роль коферменту, досі не виявлено. Встановлено, що вона служить донором водню для відновлення різних біологічних субстратів. Зокрема відомо, що аскорбінова кислота може відновлювати дисульфідні зв'язки до сульфідних груп, активуючи цим самим ряд ферментів. В свою чергу дегідроаскорбінова кислота може ферментативно відновлюватись у тканинах організму за участю глутатіону. Біологічна роль аскорбінової кислоти тісно повязана з обміном білків, вуглеводів, мінеральних речовин. За участю аскорбінової кислоти перебігають процеси гідроксилю-вання з утворенням цілого ряду біологічно активних речовин. Так, через гідроксилювання триптофан перетворюється в 5-гідрокситриптофан, який служить основою для утворення медіатора серотоніну. Аскорбінова кислота необхідна для процесів гідроксилюванняя під час перетворення холестерину в стероїдні гормони, для перетворення 3,4-дигідроксифенілетиламіну в норадреналін. Вона сприяє звільненню заліза із феритину та трансферину, що забезпечує проникнення йогов тканини. В кишечнику за участю аскорбінової кислоти відбувається відновлення до Fe 2+ , що необхідно для його всмоктування. Відновлення фолієвої кислоти до коферментної форми ТГФК також відбувається за участю аскорбінової кислоти. Без аскорбінової кислоти не відбувається процес гідроксилювання проліну і лізину, а отже, і перетворення проколагену в колаген, який є головним позаклітинним компонентом сполучної тканини. 10. Вітамін Р (флавоноїди): будова, біологічні властивості, механізм дії. Вітамін Р (біофлавоноїди) — це група речовин рослинного походження, що відносяться до поліфенолів. У рослинах знайдено більше тисячі флавоноїдів. В основі будови вітаміну Р лежить флавон — циклічна сполука, що містить в своєму складі фенольні залишки, кетогрупи, гідроксигрупи в циклах. Зараз біофлавоноїди інтенсивно вивчаються для з'ясування механізму їх біологічної дії. Представниками цієї групи можуть бути гесперидин (або цитрин, який одержують із цедри цитрусових; рутин, що добувається із листя гречки катехіни, що одержують із листя чаю. Всі вони використовуються в практичній охороні здоров'я. Біофлавоноїдами організм людини забезпечується в основному за рахунок рослинної їжі. Їх багато в ягодах і фруктах, зокрема в чорній смородині, чорноплідній горобині, яблуках, лимонах, шипшині, чаю і ін. Добова потреба людини у вітаміні Р складає близько 50-75 мг, але в клініці з лікувальною метою вітамін Р призначають в дозі 100-200 мг. Механізми впливу біофлавоноїдів на обмін речовин ще досконало не вивчений. В тканинах біофлавоноїди можуть використовуватись на побудову біологічно активних сполук і через них впливати на обмін речовин. Припускають можливість утворення з біофлавоноїдів убіхінону, якому належить важлива роль в окисно-відновних процесах у мітохондріях. Доведено, що Р-вітамінні речовини функціонально пов'язані з аскорбіновою кислотою. Обидва вітаміни створюють єдину окисно-відновну систему, в якій кожен із них доповнює дію іншого. Так, якщо вітамін С сприяє утворенню колагену, то вітамін Р, інгібуючи гіалуронідазу, захищає гіалуронову кислоту і колаген від деполімеризації (розщеплення); якщо вітамін С сприяє утворенню адреналіну, то вітамін Р захищає його від окиснення. Крім того, вітамін Р захищає від окиснення і саму аскорбінову кислоту, чим створює умови для її тривалішої дії. Таким чином, капіляроскріплюючі кровоспинні механізми в організмі людини функціонують завдяки поєднаній дії обох вітамінів — Р і С. Подібну дію вони мають і на тканинне дихання та вільнорадикальне окиснення. Якщо на перше обидва вітаміни мають стимулювальний вплив, то стосовно перекисного окиснення вони виступають як антиоксидники. 6. Ізоферменти, особливості будови та функціонування, значення в діагностиці захворювань. Ізоферменти (ізоензими; ізозими) – множинні молекулярні форми одного й того ж ферменту. Ізоферменти каталізують одну й ту ж біохімічну реакцію, але розрізняються за своєю первинною структурою і, відповідно, фізико-хімічними (молекулярною масою, рухомістю при електрофорезі тощо) та каталітичними (різною спорідненістю ферменту із субстратом - К ) властивостями. Різні ізоферменти одного й того ж ферменту можуть бути присутні в різних органах і тканинах (ізоферменти лактатдегідрогенази), субклітинних структурах (мітохондріальний та цитозольний ізоферменти ізоцитратдегідрогенази). В разі, якщо фермент, що представлений ізоферментними формами, має олігомерну будову, його ізоферменти формуються за рахунок різних комбінацій неідентичних протомерів. Прикладом такого ізоферментного сімейства можуть бути ізоферменти лактатдегідрогенази (ЛДГ) - ферменту, щокаталізує оборотну реакцію перетворення піровиноградної кислоти в молочну. За своєю молекулярною будовою ЛДГ є тетрамером, що побудований із протомерів двох типів: Н (серцевого - heart, англ) та М (м'язового - muscle). В організмі людини присутні пять комбінацій зазначених протомерів, які створюють різні ізоферменти ЛДГ: ЛДГ 1 (Н 4 ), ЛДГ 2 (Н 3 М 1 ), ЛДГ 3 (Н 2 М 2 ), ЛДГ 4 (Н 1 М 3 ) та ЛДГ 5 (М 4 ). Вони розподілені переважно в різних органах (міокарді, печінці, скелетних м'язах, нирках тощо). Ці ізоферменти розрізняються за своєю електрофоретичною рухомістю і їх визначення в плазмі крові має діагностичне значення для виявлення пошкоджень мембранних структур клітин, що спостерігаються при різних захворюваннях. Зокрема, при інфаркті міокарда збільшується концентрація в плазмі ізоферменту ЛДГ 1 , а при інфекційному та токсичному гепатиті - ізоформ ЛДГ 4 та ЛДГ 5 , характерних для клітин печінки. 7. Механізми дії та кінетика ферментативних реакцій: залежність швидкості реакції від концентрації субстрату, рН та температури. Залежність швидкості реакції від концентрації ферменту та субстрату. Швидкість ферментативної реакції буде прямо пропорційно залежати від концентрації ферменту, а саме: V = k [E], тобто збільшення в клітині рівня певного ферментного білка повинно супроводжуватися зростанням швидкості реакції, що каталізується цим ферментом. Складнішою є залежність швидкості ферментативної реакції від концентрації субстрату. Графічно ця залежність зображується гіперболою. Як видно з ходу гіперболи, ця залежність має складний характер при низьких концентраціях субстрату швидкість реакції прямо пропорційна його концентрації (реакція першого порядку, а при високих концентраціях досягається ефект насичення, тобто незалежність V від [S]. Рівняння залежності V від [S], або рівняння Міхаеліса - Ментен: Залежність швидкості реакції від рН та температури. Кожен фермент має свій рН-оптимум, тобто значення рН середовища, при якому його каталітична активність максимальна. "Дзвоноподібна" залежність активностей ферментів від змін рН визначається їх білковою природою, зсувами в дисоціації іоногенних груп та (при екстремальних значеннях рН) розвитком конформаційних змін молекул. Більшість внутрішньоклітинних та тканинних ферментів організму людини найактивніші в нейтральному, слаболужному або слабокислому середовищі (зазвичай у межах рН між 5,0 та 9,0). Ферментами з оптимумами при екстремальних значеннях рН є пепсин (рН = 1-2) і аргіназа (рН = 10-11). Вплив температури на активність ферментів. Ферменти, відповідно до своєї білкової природи, є термочутливими та термолабільними утвореннями: - зростання температури до оптимальних значень (для більшості ферментів - у межах 37-40 С) супроводжується збільшенням швидкості ферментативної реакції відповідно за рівнянням Арреніуса (за рахунок частіших ефективних зіткнень між молекулами ступінь збільшення швидкості реакції при зростанні t на 10 С позначають як температурний коефіцієнт Q 10 ; - при збільшенні температури вище оптимального значення швидкість ферментативної реакції різко зменшується за рахунок конформаційних (денатураційних) змін у структурі ферментного білка. 8. Активатори та інгібітори ферментів: приклади та механізми дії. Активування ферментів. Речовини, які підвищують активність ферментів, одержали назву активаторів. Присутність активатора вкрай важлива для ферменту. До активаторів належать кофактори, іони металів, різноманітні модифікатори тощо. Субстрату певних межах концентрацій є активатором - після досягнення насичених концентрацій субстрату активність ферменту не зростає. Субстрат полегшує формування потрібної конформації активного центру ферменту (індукція), підвищує його стабільність. Досить часто роль активаторів виконують іони металів: вони можуть входити до складу каталітичної ділянки активного центру ферменту сприяти зв'язуванню субстрату з посадочною ділянкою ферменту (зв'язуючий місток); іноді метали можуть сполучатися не з ферментом, а із субстратом, утворюючи металосубстратний комплекс, на який краще діє фермент вони можуть діяти непрямим шляхом, зв'язуючи присутній інгібітор тощо. Активація деяких ферментів може здійснюватися шляхом приєднання до алостеричного центру ферменту якої-небудь специфічної модифікуючої групи, що сприяє змінюванню конформації ферменту і його активного центру. Прикладами можуть бути іони хлору, які є активаторами амілази слини; іони водню, які підвищують активність пепсину жовчні кислоти, які посилюють дію ліпази підшлункової залози; лужна фосфатаза може активуватися катіонами. Активація деяких ферментів (особливо тих, що виробляються в шлунково-кишковому тракті) може відбуватися протеолітичним шляхом. Спочатку ферменти виробляються в неактивній формі у вигляді проферментів або зимогенів (попередників ферментів), у яких активний центр замаскований додатковою ділянкою пептидного ланцюга. Внаслідок цього субстрат не може з'єднатися з активним центром. Видалення такої додаткової ділянки може відбуватися різними шляхами і сприяє звільненню активного центру та можливості утворення фермент-субстратного комплексу. Наприклад, проферментом пепсину є пепсиноген, який виробляється в стінках шлунка. Відщеплення від його молекули невеликого пептидного ланцюга за участю соляної кислоти в шлунку призводить до утворення пепсину і формування його активного центру. Профермент трипсиноген утворюється в підшлунковій залозі, до складу його поліпептидного ланцюга входить 229 амінокислотних залишків. У дванадцятипалій кишці під впливом ферменту ентерокінази розривається пептидний зв'язок між 6 і 7 амінокислотними залишками і відщеплюється гек-сапептид. Після відщеплення гексапептиду створюються умови, які сприяють утворенню активного центру ферменту, і трипсиноген перетворюється в трипсин.Цей же процес може здійснюватися аутокаталітично, тобто під впливом уже утворених трипсину і пепсину - у випадку пепсиногену. |